Процессы деградации почв. Дефляция

1. Магнитосфера Земли. Геомагнитные “ловушки” космических частиц

1.1. Магнитосфера  Земли

1.2. Геомагнитные “ловушки” космических частиц

2. Загрязнение вод. Консервативные загрязнители: тяжелые металлы, гидрофобные соли, нерастворимые углеводороды, нефть, пестициды, ПАВ, радионуклиды.

3. Процессы деградации почв. Дефляция.

  3.1. Процессы деградации почв.

  3.2. Дефляция.

Список используемых источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Магнитосфера. Геомагнитные «ловушки» космических веществ

1.1. Магнитосфера

Магнитосфера является одной из важнейших сфер Земли. Магнитные поля имеются почти у всех планет, за исключением Плутона, Луны и Солнца. Магнитное поле Земли аппроксимилируется бесконечно малым диполем, ось которого располагается в 436 км от центра Земли в сторону Тихого океана и наклонена она на 12° по отношению к оси вращения Земли. Силовые линии магнитного поля выходят из Северного магнитного полюса в Южном полушарии и входят в Южный магнитный полюс, находящийся в северном полушарии. Магнитные полюса постоянно блуждают, подвергаясь воздействию мировых магнитных аномалий.

Происхождение магнитного поля связывают с взаимодействием  твёрдого внутреннего ядра, жидкого  внешнего и твёрдого монолита, образующих подобие магнитного гидро-динамо. Источники  главного геомагнитного поля, как и его вариации, на 95 % связаны с внутренним полем и только 1% приходится на долю внешнего поля, которое испытывает непрерывные быстрые изменения.

Магнитосфера имеет  ассиметричное строение - уменьшается  в размерах со стороны Солнца примерно до 10 земных радиусов и увеличиваясь до 100 с другой стороны. Это связано с динамическим напором - ударной волной - солнечного ветра частиц (?=500км/с). Если этот напор возрастает, приобретая форму параболоида, то магнитосфера с солнечной стороны сплющивается сильнее. Напор ослабевает и магнитосфера расширяется. Солнечная плазма обтекает магнитосферу, внешняя граница которой - магнитопауза - расположена так, чтобы то давление, которое оказывает на магнитосферу солнечный ветер, уравновешивалось внутренним магнитным давлением.

Когда магнитосфера сжимается  в результате давления солнечного ветра, в ней возней возникает кольцевой  ток, который создаёт уже своё магнитное поле, сливающееся с  основным магнитным полем, как бы помогая последнему справляться  с давлением, а напряжённость магнитного поля на поверхности Земли возрастает - это уверенно регистрируется.

Магнитное поле редко  бывает спокойным - напряжённость его  резко возрастает, затем оно понижается и возвращается к нормальному  значению. Сильные магнитные бури вызываются мощными хромосферными вспышками, когда частицы летят со скоростью до 1000 км/с и тогда также возмущается ионосфера. Через 8 минут после вспышек может прекращаться вся коротковолновая связь, так как рентгеновское излучение сильно возрастает, слой DЅ в ионосфере быстрее ионизируется и поглощает радиоволны. Через некоторое время слой F₂ разрушается, и максимум ионизации смещается вверх.

В целом можно заметить, что ионосфера и магнитосфера - единое целое и при этом суточное вращение Земли заставляет их тоже вращаться и только выше 30 тысяч км плазма уже не реагирует на вращение Земли. С помощью космических аппаратов была определена граница магнитосферы.

1.2. Геомагнитные «ловушки» космических веществ

Внутренние области  земной магнитосферы, в которых магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, альфа-частицы), обладающие кинетической энергией от десятков Кэв до сотен Мэв. Выходу заряженных частиц из Р. п. З. мешает особая конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц магнитную ловушку.

Захваченные в магнитную  ловушку Земли, частицы, под действием  силы Лоренца, совершают сложное  движение, которое можно представить, как колебательное движение по спиральной траектории, вдоль силовой линии  магнитного поля из Северного полушария в Южное и обратно, с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли. Когда частица движется по спирали в сторону увеличения магнитного поля (приближаясь к Земле), радиус спирали и её шаг уменьшаются. Вектор скорости частицы, оставаясь неизменным по величине, приближается к плоскости, перпендикулярной направлению поля. Наконец, в некоторой точке (её называют зеркальной) происходит «отражение» частицы. Она начинает двигаться в обратном направлении к сопряжённой зеркальной точке в др. полушарии. Одно колебание вдоль силовой линии из Северного полушария в Южное протон с энергией ~ 100 Мэв совершает за время ~ 0,3 сек. Время нахождения («жизни») такого протона в геомагнитной ловушке может достигать 100 лет (~ 3Ч10⁹ сек), за это время он может совершить до 10¹⁰ колебаний. В среднем захваченные частицы большой энергии совершают до нескольких сотен миллионов колебаний из одного полушария в другое. Долготный дрейф происходит со значительно меньшей скоростью. В зависимости от энергии частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток.

Положительные ионы дрейфуют в западном направлении, а электроны в восточном. Движение частицы по спирали вокруг силовой линии магнитного поля можно представить как, состоящее из вращения около т.н. мгновенного центра вращения и поступательного перемещения этого центра вдоль силовой линии.

При движении заряженной частицы в магнитном поле Земли  её мгновенный центр вращения находится  на одной и той же поверхности, получившей название магнитной оболочки. Магнитную оболочку характеризуют параметром L, его численное значение в случае дипольного поля равно расстоянию, выраженному в радиусах Земли, на которое отходит магнитная оболочка (в экваториальной плоскости диполя) от центра диполя. Для реального магнитного поля Земли параметр L приближённо сохраняет такой же простой смысл.

Энергия частиц связана  со значением параметра L; на оболочках  с меньшими значениями L находятся  частицы, обладающие большими энергиями. Это объясняется тем, что частицы высоких энергий могут быть удержаны лишь сильным магнитным полем, т. е. во внутренних областях магнитосферы.

Обычно выделяют внутренний и внешний Р. п. 3., пояс протонов малых  энергий (пояс кольцевого тока) и зону квазизахвата частиц, или авроральной радиации (по лат. названию полярных сияний). Внутренний радиационный пояс характеризуется наличием протонов высоких энергий (от 20 до 800 Мэв) с максимумом плотности потока протонов с энергией E_p >20 Мэв до 10⁴протон/ (см²ЧсекЧстер) на расстоянии L~1,5. Во внутреннем поясе присутствуют также электроны с энергиями от 20-40 кэв до 1 Мэв; плотность потока электронов с E_eі 40 Кэв составляет в максимуме приблизительно 10⁶-10⁷ электрон/ (см²ЧсекЧстер). Внутренний пояс расположен вокруг Земли в экваториальных широтах.

Высыпание частиц из магнитной  ловушки, в особенности из зоны квазизахвата (авроральной радиации), приводит к  усилению ионизации ионосферы, а интенсивное высыпание - к полярным сияниям. Запас частиц в Р. п. З., однако, недостаточен для поддержания продолжительного полярного сияния, и связь полярных сияний с вариациями потоков частиц в Р. п. З. говорит лишь об их общей природе, т. е. о том, что во время магнитных бурь происходит как накачка частиц в Р. п. З., так и сброс их в атмосферу Земли.

Принципиальная возможность  существования магнитной ловушки  в магнитном поле Земли была показана расчётами К. Стёрмера (1913) и Х.Альфвена (1950), но лишь эксперименты на спутниках показали, что ловушка реально существует и заполнена частицами высоких энергий.

2 Загрязнение  вод. Консервативные загрязнители: тяжелые металлы, гидрофобные соли, нерастворимые углеводороды, нефть, пестициды, ПАВ, радионуклиды.

Всякий водоем или  водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками.

Что касается вод России, то в них присутствуют индустриальные и сельскохозяйственные загрязнители - тяжелые металлы (Fe, Mn, Zn, Cu, Sr, Ba, Cd, Pb, Ni, Cr), нефтепродукты, хлор-, фтор- и азотсодержащие пестициды, фенолы, ароматические углеводороды, формальдегид, ксантогенаты, аммонийный и нитритный азот. В 90-е годы в связи с некоторым оживлением экологического движения и законодательства и, в существенно большей мере, со спадом промышленного производства, несколько снизились уровни поллютантов, но это не привело к достаточному улучшению качества поверхностных вод. Специфической чертой последнего десятилетия в России следует считать нарастание загрязнения воды поверхностно-активными веществами (ПАВ), включая стиральные порошки, шампуни и другие детергенты.

Нефть и нефтепродукты. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

- Парафины (алкены) (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

- Циклопарафияы. (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

- Ароматические углеводороды. (20 - 40% от общего состава) -ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полициклические (перен.).

- Олефины (алкены). (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты  являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн. т. /год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0, 5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности.

Все компоненты нефти  токсичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса стих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензпирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензпирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.

Больше всего страдают от нефти птицы, особенно когда загрязняются прибрежные воды. Нефть склеивает оперение, оно утрачивает теплоизолирующие свойства, и, кроме того, птица, выпачканная в нефти, не может плавать. Птицы замерзают и тонут. Даже чистка перьев растворителями не позволяет спасти всех пострадавших. При попадании нефти в реки и водоемы, в них от удушья гибнет все живое. Поэтому для случаев аварийных выброс нефти в водоемы необходимо иметь эффективные способы ее обезвреживания и удаления.

Пестициды. Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы:

- инсектициды для борьбы с вредными насекомыми;

- фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений,

- гербициды против сорных растений.

Установлено, что пестициды, уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн. т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем эоловым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлорорганические, фосфорорганические и карбонаты.